مقايسه خواص اصطكاكي پوشش هاي TiAlN و TiN روي فولاد گرم كار

Comparison of the frictional properties of TiN and TiAlN coatings deposited onto hot work steel

در اين پژوهش خواص اصطكاكي پوشش هاي نيتريد تيتانيو و نيتريد تيتانيم آلومينيوم مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفته است. براي اين منظور پوشش هاي TiAlN و TiN به روش رسوب فيزيكي بخار روي فولاد گرمكار كه به عنوان زير لايه در نظر گرفته شد، ايجاد گرديد. بررسي خواص پوشش هاي توسط تجهيزات پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ نوري، ميكروسكوپ الكتروني روبشي و ميكرو آناليز و نانو سختي سنجي صورت گرفت. خواص اصطكاكي پوشش ها در اين تحقيق توسط دستگاه سايش پين روي ديسك در سه سرعت متفاوت و تحت 2 بار عمودي ارزيابي شد. ضريب اصطكاكي پوشش هاي حاوي آلومينيوم در مقايسه با پوشش TiN مقدار كمتري را نشان داد به طوري كه ضريب اصطكاك پوشش الومينيوم دار در مقابل پين فولادي در حدود 0/30-0/20 و پوشش فاقد آلومينيوم در حدود 0/40-0/30 اندازه گيري شد. مطالعه سطوح سايش با ميكروسكوپ الكتروني نشان داد كه انتقال ماده از پين سطح پوشش در نمونه آلومينيوم دار كمتر اتفاق مي افتد. در پوشش حاوي آلومينينوم زياد به نظر مي رسد لايه اي از اكسيد آلومينيوم مكانيزم سايش را كنترل مي كند. بر اساس يافته هاي اين تحقيق مي توان گفت كه پوشش هاي TiAlN در كاربردهاي سرعت بالا و دماي بالا پايداري و عمر موثر طولاني تر و ضريب اصطكاك كمتري نسبت به پوشش هاي TiN دارند.

This study was performed with the aim of evaluating the relative frictional behavior of titanium and titanium aluminium nitride coatings commercially deposited on hot work tool steel. By using an arc ion plating PVD technique, TiN and TiAlN coatings with thickness of 5-7 Lm were produced on steel specimens. The coating was characterized using X-ray diffraction, light microscope, scanning electron microscopy, nano-indentation and wear testing. Tribological behavior of the PVD-titanium aluminum nitride (TiAlN) coatings in dry sliding against steel pin counterpart was investigated using the pin-on-disk standard test with varying sliding speeds and normal loads. The sliding wear experiments were conducted at two different contact loads, 1 N and 3 N, and three sliding speeds 0.1, 0.2 and 0.4 m/s. The wear mechanisms were identified on the basis of depth and width of wear tracks by SEM. Adhesive wear was recognized as the main mechanisms of wear in both TiAlN and TiN coatings. It has been observed that the friction coefficient of TiAlN coating was lower than that of TiN. The results suggest that TiAlN coatings may be more advantageous than TiN coatings for high speed application where higher temperatures are involved.